CN103408708A

CN103408708A - 一种近红外光响应的水凝胶的制备方法

Info

Publication number: CN103408708A
Application number: CN2013102958970A
Authority: CN
Inventors: 朱美芳; 夏梦阁; 许文菊; 陈志钢; 成艳华
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2033-07-15
Also published as: CN103408708B

Abstract

本发明涉及一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，包括：（1）将配体加入到去离子水中，搅拌分散，然后加入可溶性铜盐和硫化物，预反应得到混合分散液；使上述混合分散液反应8-24小时得到硫化铜；（2）将交联剂、水溶性单体、步骤（1）所得的硫化铜、引发剂、催化剂加入到去离子水中，得到水凝胶预聚液；然后将上述水凝胶预聚液在0-50℃下聚合，聚合时间为1-48小时，得到近红外光响应的水凝胶。本发明的制备工艺简单，原料选择范围大；在波长为700-1100nm的近红外光照射下水凝胶的温度能够明显升高，具有很高的应用价值；该方法工艺简单，原料来源广泛，成本较低，在热疗治疗或智能器件领域具有很高的应用价值。

Description

一种近红外光响应的水凝胶的制备方法

技术领域

本发明属于光刺激响应水凝胶的制备领域，特别涉及一种近红外光响应的水凝胶的制备方法。

背景技术

水凝胶是由亲水性高分子与溶剂水组成的具有三维网络交联结构的软湿性材料，水凝胶在宏观上具有固体不能流动的性质，可以作为无机材料稳定分散的空间。将功能性无机材料引入到水凝胶基体中，设计具有类似于功能性无机材料的性能，同时仍然保持水凝胶自身独特的性质具有十分重要的意义。

癌症给人类的健康带来了严重威胁，从上世纪末开始，恶性肿瘤已上升至大城市居民死因排序的第1位。目前治疗癌症的主要方法有手术切除、放射治疗、化学药物治疗、中医药治疗等。已有的治疗方案虽然都有一定的效果，但都没有根本解决问题，而且大多有相应的副作用（对病人的正常组织的损伤），随着社会的进步，通过热疗方法来杀死肿瘤细胞成为一种新的治疗方式。

光热诊疗技术是一种新型诊疗技术，利用激光照射皮肤产生的热量可消除有害皮层，然而，生物组织可有效吸收可见光，这导致可见激光难以穿过一定深度的生物组织；而长时间的紫外光照射又具有致癌作用；近红外激光能穿过一定深度的生物组织，但是生物组织并不能有效吸收近红外光来发热。为了解决这个难题，科学家们开发了一些响应近红外激光光热转换纳米材料，通过将光热转换材料注入生物体内（癌组织附近），在近红外激光照射下，光热转换材料吸收近红外光并产生热量，促使环境温度升高并导致癌细胞死亡（Kim,F.,et al.,Journal of the American Chemical Society,2002,124,(48),14316-14317.，Tian,Q.,et al,Advanced Materials,2011,23,(31),3542-3547.，Hessel,C.,et al.,Nano Letters,2011,11,(6),2560-2566.，Tian,B.,et al.,ACS Nano,2011,5,(9),7000-7009.等）。但是这类无机材料需要通过皮下注射的方法注入到体内，注射后无机无机纳米粒子在皮下会迅速扩散，也不利于治疗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，该方法工艺简单，成本较低，得到的水凝胶在波长为700-1100nm的近红外光照射下水凝胶的温度能够明显升高。

本发明的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，包括：

（1）聚合物修饰的硫化铜纳米粒子的制备：

将配体加入到去离子水中，搅拌分散，然后加入可溶性铜盐和硫化物，预反应1-2小时，得到混合分散液；在120-180℃下，使上述混合分散液反应8-24小时，反应结束得到硫化铜；所述的混合分散液中配体的质量分数为1-20%，可溶性铜盐的质量分数为0.01-1%，硫化物质量分数为0.05-5%，其余为去离子水；所述的配体为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；

（2）近红外光响应的水凝胶的制备：

将交联剂、水溶性单体、步骤（1）所得的硫化铜、引发剂、催化剂加入到去离子水中，得到水凝胶预聚液；然后将上述水凝胶预聚液在0-50℃下聚合，聚合时间为1-48小时，得到近红外光响应的水凝胶；所述的水凝胶预聚液中交联剂的质量分数为0.01-1%，水溶性单体的质量分数为2-40%，硫化铜的质量分数为0.001-1%，引发剂的质量分数为0.01-1%，催化剂的质量分数为0.01-1%，其余为去离子水；所述的引发剂为硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种；催化剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、硫代硫酸钠、三乙醇胺中的一种。

步骤（1）中所述的反应结束的后处理过程为将反应液冷却到20-40℃，然后用去离子水洗涤，最后干燥。

步骤（1）中所述的可溶性铜盐为CuCl₂、CuCl₂·2H₂O、CuSO₄、CuSO₄·5H₂O、Cu(NO₃)₂·3H₂O中的一种或几种。

步骤（1）中所述的硫化物为Na₂S、Na₂S·9H₂O、(NH₄)₂S、H₂S中的一种或几种。

步骤（1）中所得到的硫化铜为六边形片状结构，粒径为50-200nm。

步骤（2）中所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。

步骤（2）中所述的水溶性单体为N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇乙醚甲基丙烯酸酯中的一种或两种。

步骤（2）所得到的近红外光响应的水凝胶在近红外光照射1-20分钟，温度升高1-50℃，所述的近红外光的波长为700-1100nm。

本发明利用水凝胶成型后可以固定纳米粒子这一性质，设计出适合固定不同无机纳米粒子的功能性水凝胶，在近红外光照射下，水凝胶中的无机纳米粒子可以迅速升温来杀死肿瘤细胞，从而代替目前热疗的方法，具有重要的应用价值。该技术的发展必将提升我国在恶性肿瘤诊疗领域的国际竞争力，促进我国在癌症诊疗技术和相关产业的重大突破，为提高人民健康水平和生活质量作出重要贡献。

本发明的原料选择范围大，克服无机纳米粒子溶液无规整形态和传统水凝胶仅仅依靠外界环境传热的缺陷，设计近红外光响应的水凝胶，在光热治疗或智能器件领域具有较高的应用价值。

有益效果：

（1）该方法工艺简单，原料来源广泛，成本较低，可适用于批量生产，为目前热疗治疗或智能器件领域提供了重要借鉴意义；

（2）本发明制备的近红外光响应的水凝胶，在波长为700-1100nm的近红外光照射下，温度可以迅速升高1-50℃，并且水凝胶三维网络结构可以固定无机纳米粒子，有利于多次重复使用。

附图说明

图1为硫化铜纳米粉末的扫描电镜图。

图2为近红外光响应水凝胶冷冻干燥后的扫描电镜照片。

图3为在980nm激光照射下水凝胶的升温曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将10g聚乙二醇加入到100g去离子水中搅拌分散，分别加入0.5g五水合硫酸铜和2g硫化钠，预反应1小时，得到混合分散液；然后将上述混合分散液转移至水热釜中，在120℃，反应12小时；反应结束，冷却到30℃后用去离子水洗涤，干燥后得到硫化铜粉末。

将0.02g聚乙二醇二丙烯酸酯，2gN-异丙基丙烯酰胺，0.01g硫化铜粉末，0.02g过硫酸铵，0.01g硫代硫酸钠加入到10g去离子水中，得到水凝胶预聚液。将水凝胶预聚液在25℃下聚合，聚合时间为8小时，得到近红外光响应的水凝胶。在波长为808nm的近红外光照射下水凝胶10分钟内温度可以升高20℃。

实施例2

将20g聚乙二醇加入到100g去离子水中搅拌分散，分别加入0.4g无水氯化铜和4g硫化铵，预反应2小时，得到混合分散液；然后将上述混合分散液转移至水热釜中，在150℃，反应8小时；反应结束，冷却到30℃后用去离子水洗涤，干燥后得到硫化铜粉末。

将0.02g聚乙二醇二丙烯酸酯，2g丙烯酰胺，0.01g硫化铜粉末，0.02g过硫酸铵，0.02g硫代硫酸钠加入到10g去离子水中，得到水凝胶预聚液。将水凝胶预聚液在25℃下聚合，聚合时间为8小时，得到近红外光响应的水凝胶。在波长为808nm的近红外光照射下水凝胶10分钟内温度可以升高20℃。

实施例3

将10g聚乙烯吡咯烷酮加入到100g去离子水中搅拌分散，分别加入0.5g五水合硫酸铜和2g硫化钠，预反应1小时，得到混合分散液；然后将上述混合分散液转移至水热釜中，在150℃，反应12小时；反应结束，冷却到40℃后用去离子水洗涤，干燥后得到硫化铜粉末。

将0.02g聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，2gN-异丙基丙烯酰胺，0.02g硫化铜粉末，0.02g过硫酸钠，0.05g三乙醇胺加入到10g去离子水中，得到水凝胶预聚液。将水凝胶预聚液在25℃下聚合，聚合时间为24小时，得到近红外光响应的水凝胶。在波长为980nm的近红外光照射下水凝胶10分钟内温度可以升高40℃。

实施例4

将20g聚乙烯吡咯烷酮加入到100g去离子水中搅拌分散，分别加入0.5g三水硝酸铜和2g硫化氢，预反应1小时，得到混合分散液；然后将上述混合分散液转移至水热釜中，在150℃，反应12小时；反应结束，冷却到40℃后用去离子水洗涤，干燥后得到硫化铜粉末。

将0.02gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，4g丙烯酰胺，0.02g硫化铜粉末，0.04g过硫酸钠，0.04g三乙醇胺加入到10g去离子水中，得到水凝胶预聚液。将水凝胶预聚液在25℃下聚合，聚合时间为24小时，得到近红外光响应的水凝胶。在波长为980nm的近红外光照射下水凝胶10分钟内温度可以升高40℃。

实施例5

将10g聚乙烯吡咯烷酮加入到100g去离子水中搅拌分散，分别加入0.3g无水硫酸铜和2g硫化钠，预反应2小时，得到混合分散液；然后将上述混合分散液转移至水热釜中，在180℃，反应24小时；反应结束，冷却到30℃后用去离子水洗涤，干燥后得到硫化铜粉末。

将0.02gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，2gN-异丙基丙烯酰胺，0.01g硫化铜粉末，0.02g过硫酸钾，0.05gN,N,N’,N’-四甲基乙二胺加入到10g去离子水中，得到水凝胶预聚液。将水凝胶预聚液在25℃下聚合，聚合时间为24小时，得到近红外光响应的水凝胶。在波长为980nm的近红外光照射下水凝胶10分钟内温度可以升高45℃。

实施例6

将10g聚乙二醇加入到100g去离子水中搅拌分散，分别加入0.3g无水硫酸铜和2g硫化钠，预反应1小时，得到混合分散液；然后将上述混合分散液转移至水热釜中，在180℃，反应24小时；反应结束，冷却到30℃后用去离子水洗涤，干燥后得到硫化铜粉末。

将0.02gN,N’-亚甲基双丙烯酰胺，1g2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯，1g寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，0.01g硫化铜粉末，0.02g过硫酸钾，0.05gN,N,N’,N’-四甲基乙二胺加入到10g去离子水中，得到水凝胶预聚液。将水凝胶预聚液在25℃下聚合，聚合时间为24小时，得到近红外光响应的水凝胶。在波长为980nm的近红外光照射下水凝胶10分钟内温度可以升高40℃。

Claims

1.一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，包括：

（1）将配体加入到去离子水中，搅拌分散，然后加入可溶性铜盐和硫化物，预反应1-2小时，得到混合分散液；在120-180℃下，使上述混合分散液反应8-24小时，反应结束得到硫化铜；所述的混合分散液中配体的质量分数为1-20%，可溶性铜盐的质量分数为0.01-1%，硫化物质量分数为0.05-5%，其余为去离子水；所述的配体为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇；

（2）将交联剂、水溶性单体、步骤（1）所得的硫化铜、引发剂、催化剂加入到去离子水中，得到水凝胶预聚液；然后将上述水凝胶预聚液在0-50℃下聚合，聚合时间为1-48小时，得到近红外光响应的水凝胶；所述的水凝胶预聚液中交联剂的质量分数为0.01-1%，水溶性单体的质量分数为2-40%，硫化铜的质量分数为0.001-1%，引发剂的质量分数为0.01-1%，催化剂的质量分数为0.01-1%，其余为去离子水；所述的引发剂为硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种；催化剂为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、硫代硫酸钠、三乙醇胺中的一种。

2.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的反应结束的后处理过程为将反应液冷却到20-40℃，然后用去离子水洗涤，最后干燥。

3.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的可溶性铜盐为CuCl₂、CuCl₂·2H₂O、CuSO₄、CuSO₄·5H₂O、Cu(NO₃)₂·3H₂O中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的硫化物为Na₂S、Na₂S·9H₂O、(NH₄)₂S、H₂S中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所得到的硫化铜为六边形片状结构，粒径为50-200nm。

6.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的水溶性单体为N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸-N,N-二甲氨基乙酯、2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、聚乙二醇乙醚甲基丙烯酸酯中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述的一种近红外光响应的水凝胶的制备方法，其特征在于：步骤（2）所得到的近红外光响应的水凝胶在近红外光照射1-20分钟，温度升高1-50℃，所述的近红外光的波长为700-1100nm。